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APMP线DCS控制系统的改造

作者:ku游备用登录网址  来源:  时间:2021-12-10 22:54  点击:

  APMP线DCS 控制系统的改造 APMP线DCS 控制系统的改造 中国中轻国际工程有限公司北京轻鑫工程科技有限公司北京100026贾晶晶,毕业于东北大学秦皇岛 分校自动化专业,从事自动控制 工作 摘要:某企_~EAPMP 车间的DCS 控制系统,由于系统 停滞时间较长,适应 性和协调性不能满足 要求,中轻国际工程 有限公司承担了Dcs 控制系统的改造设 计本文介绍了Dcs 制系统在APMP生产线 的改造和应用情况, 阐述了控制基本点, 关键控制部位及联锁 要求,重点论述了盘 磨机和化学品制备的 控制 关键词:Dcs 控制系统;改造; APMP 生产线 文献标识码:B 文章编号1007--9211200710-0064--07 64 彳华钗-28《1o2oo7#-1o~] 某企业化机浆车间APMP 车间全线生产设备为奥 地~I]ANDRITZ 公司生产,DCS 控制系统是1996 年从芬兰 原VALMET 公司引进由于系统停滞时间较长,系统的 适应性和协调性不能满足工艺调整,系统的监控画面不 利于操作员对工艺参数的监视和对工艺设备的控制,因 此对其控制系统进行改造 工艺概述APMP 生产工艺是20 世纪80 年代在漂白化学热磨机 械浆的基础上发展起来的,原料为杨木它是集药液处 理,磨浆和漂白于一体的高得率制浆方法木片预蒸后用 机械的方法将木片撕裂成小木丝,然后用过氧化氢,氢氧 化钠等化学品的混合物进行浸渍处理,此时漂白作用已 开始进行生产流程为:木片经洗涤后,经过常压汽蒸,然 后经螺旋挤压疏解机挤压木片后进行化学浸渍,再经过 汽蒸后,进入一段,二段盘磨机磨浆完成制浆过程,最后 经过压力筛筛选得到低浓度的木浆其工艺流程如图1 化机浆车间根据工艺大体可以分为木片贮存及运 输,木片加热及洗涤,化学浸渍,一段磨浆,中间洗涤,二 段磨浆,筛选,浸渍药液制备八个工艺段 11 木片贮存及运输 木片运送至工厂被存储在木片仓木片输送系统将 木片送入木片洗涤器中,进入洗涤系统如图2 所示 12 木片洗涤 由木片仓开始,木片由新鲜蒸汽预蒸,在仓底计量螺 旋给木片洗涤仓喂料,石头金属塑料及沙子等将从木 片中分离出来脱水螺旋将木片和水分离,并将木片送入 预蒸仓分离出来的水经过滤筛过滤,其过滤出的杂质进 入回收处,滤液进入沉淀池可循环利用罐槽中的杂质以 及从过滤器及脱水螺旋分离出来的杂质都被收集排放 如图3N 13木片浸渍 木片在预蒸仓内停留20min 后,经脱水,挤压进入浸 渍器,在浸渍器中木片膨胀并充分吸收药品,停留时间约 为1~2min,落入反应仓继续反应如图4 所示 14 一段磨浆 木片在反应仓中停留40min 个螺旋进行卸料,木片经卸料螺旋及水平螺旋后,由喂料器推进盘磨内,盘 磨磨出的浆落人中间段洗涤池如图5 所示 15 二段磨浆 浆在中间洗涤池停留30~40min 后,进入螺旋压榨浓 缩,浓缩的浆进入二段盘磨,然后送人消潜池如图6 16筛选 浆在消潜池停留45rain 后,送人压力筛,良浆从压力 筛进入低浓贮浆塔,尾浆送回中间洗涤池供二段磨浆如 所示17 化学品制备 目的是为APMP 生产准备混合化学药品浸渍液包 括NaOH 和Ho,,为了使其更稳定,加入了DTPA NaSiO,这些化学品在一个单独的槽罐中混合并加水稀释浸渍液送人浸渍器与木片充分反应并完成漂白功能 如图8 所示 控制要求及特点21 系统的启停顺序要求严格 ?自{率制?r1n 匿赙?自动控制?学gy 系统按生产过程划分为几个组,这些组分别是启动 组SG1~SG6,生产组PG1~PG2和循环组RG SG1 组:木片运输,包括木片卸料螺旋,木片输送机, 电磁铁,斗式皮带等 SG2 组:木片洗涤,包括木片洗涤器,脱水螺旋,洗涤 水沉淀槽,木片泵等 SG3 组:木片浸渍,包括卸料螺旋,计量螺旋,挤压疏 解机,浸渍器,药液泵等 SG4 组:一段磨浆,包括一段盘磨润滑油系统,盘磨, 反应仓底卸料螺旋,螺旋输送机,喂料器等 SG5 组:二段磨浆,包括二段盘磨润滑油系统,盘磨, 脱水螺旋压榨机,螺旋输送机,喂料器等 SG6 组:筛选,包括压力筛,喂料泵,浆浓度调节等 PG1 组:生产一当启动组4一段磨浆运行时,可以 通过生产组1PG1的启动开始生产反应仓底部卸料螺 旋开始运转,木片送入盘磨,磨浆开始 PG2 组:生产二浆通过生产组2 送入螺旋压榨,当浆 浓度适宜时就启动二段盘磨浆浓度已在适当的位置检 测过了不用停盘磨也可以停止生产 RG 组:循环组循环组用来帮助二段盘磨启动,浆通 过脱水泵回到中间洗涤池循环后再送人螺旋压榨这样 使浆达到适合于螺旋压榨所需浓度 这些组在条件满足时可通过一条单独的命令启动或 停止各组内的设备严格按照逆物料的流动方向启动,顺 物料的流动方向停止,保证当设备正常停机时,设备中的 物料能完全排除,防止物料在设备中堆积各组启动顺序 如图9 22 设备联锁关系复杂 正常生产时,如果设备发生故障,管道堵塞或工艺参 木片运输数不正常将会 导致严重事故 系统必须具备 很强的故障诊 断功能这些是 通过阀门,泵, 电机及控制回 路间的联锁来 实现的一旦出 现不正常状况, DCS 会通过联 锁使相关设备 做出相应反应, 避免严重事故 发生 ChindPulp&PoperInduVol28,No10Oct200765 23输送设备采用变频调速 物料的输送机均采用变频调速电机变频器根据设 备的生产能力及时调节物料的输送量,一方面防止物料 在设备中堆积,另一方面避免了物料的浪费 24 化学品定量制备 每种化学品的药液泵采用变频器变速调节,可以很 细微的调节化学品的流量,按实际需要的浸渍液来调节 变频器的速度,有效的节约了化学药品的消耗量,降低了 成本 25 比值串级控制 纸浆生产的过程参数之间都有一定的比例关系,例 如稀释水的流量,化学品的流量与物料的消耗量之间相 关,设备进出口浆浓度,流量,压力与设备的生产能力相 关,这些都要有严格的配比和精确的控制,否贝不仅浪费 原料和化学品,纸浆质量不合格,而且影响整个车间生产 的稳定性和连续性因此系统采用大量的比值串联控制, 当某一参数发生变化,与其相关的其它参数也会做出相 应调整,确保正常生产 26 盘磨控制 盘磨调节电机与许多工艺参数和设备都有联锁关 系,要求响应速度很快,处理时间在20mS 以内,而用在 DCS 系统中控制难以确保处理速度,因此采用PLC 单独 控制盘磨的调节电机 系统规模及配置方案31 系统规模 66:P 华纸:l28#10 自2007}10 整个工艺流程共有524个IO~ll 点,其中模拟量输入 68 个,模拟量输出40 个,数字量输入324 个,数字量输出92 个要求两个操作站,一个工程师站兼操作站系统自 动协调完成整个工艺流程,达到系统的平衡,保证工艺设 备安全,可靠,高效运行和启停操作员可在操作站上查 看整个工艺的测点信息,夹时数据,历史数据,工艺运行 曲线,对工艺设备进行操作工程师站负责系统组态控 制方案的设计,报表的编制等 自动控制TIgy自动控制n,, 32 系统配置方案 DCS 控制系统采用浙大中控最新的ECS-100 系统 根据系统规模这里配置了一个控制站,主控制器向下采 用SBUS 总线;o 卡件连接,系统Io 留有足够余 量系统的主控制器,电源模块以及通讯卡件均采用冗余 设计1 备1当工作卡件出现故障时,备用卡件能够自动 快速的切换到工作模式,保证了系统运行的安全性及通 讯的畅通 二段磨浆Chinae1p&Papertndustryl~bt28,No 1OOct,200767 系统配置操作站2 台,工程师站1 台兼操作员站,生 产时相当于3 台操作员站正常运行时可根据生产管理的 要求,进行控制分组,即任意指定每个操作站可以看到 的画面和数据,并对之进行操作另外,操作站采用并行 结构,广播式数据传输,而不是老式的客户机服务器结 构,以避免因服务器故障而导致整个系统数据库的瘫痪 操作站之间能够相互冗余,不会因为某台操作站的故障 而影响纸机的监控 由于盘磨机的控制要融入DCS 系统中,而DCS 系统 不能满足其快速处理的要求,因此盘磨机采用独立的 PLC 控制器控制DCS 与PLC 之间要相互交换数据,由于 数据点不多,故采用硬线连接的方式,避免因通讯延时或 故障而导致盘磨机的不正常工作PLC 与操作站之间采 用通过工业以太网通讯具体配置如图10 所示 关键部位控制41 盘磨机控制系统 盘磨是生产化机浆的主要设备该车间采用的是单 盘磨机,单盘磨的两个磨盘,一个固定,另一个安装在水 平转动的轴上固定盘磨中心有开口,由螺旋喂料器将木 片喂入两盘问进行磨碎,磨解好的浆料由盘边外壳沿切 线o 化学品制备图9APMP 生产线启动顺序 工程师站操作员站操作员站 IIlIJ 控制网 图10系统配置图11 盘磨的控制输出命令 411 盘磨的控制方案 盘磨机磨盘间距的控制与纸浆的质量有很大的关 系盘磨机两盘的盘间距过小,输送的木料容易堵塞,磨 盘容易磨损,而且动力消耗较大;两盘间距过大,纸浆质 量不合格如果固定盘问距则不能保持恒定的磨浆压力, 如果进出的流量不稳定,则纸浆质地不均匀磨浆压力可 以通过单位风干浆所消耗的电能体现出来,保持恒定的 磨浆压力,可以通过保持恒定的磨浆单位能耗来实现 盘磨主电机的测量回路装有功率转换器,通过对主 电机工作线路电压和工作负荷电流进行采集,由功率变 送器内部模块计算出主电机当前功率并转化成4~20mA 直流信号DCS 系统内部程序将此信号转化成当前主电 机功率绝对值,并在计算机画面上显示计算机根据当前 主电机功率和当前通过盘磨的浆量计算出单位风干浆所 消耗的电能根据单位风干浆消耗的电能的变化,启动或 停止调节电机来操纵动盘的进盘,退盘以改变磨盘间距, 使单位风干浆消耗的电能保持恒定 412 盘磨控制系统的控制 木料与化学药品反应后由卸料螺旋送入盘磨中,卸 料螺旋通过变频器控制其卸料速度经过反复试验能够 得出卸料螺旋的频率与卸料量的函数关系,由此根据卸 料螺旋的频率可以计算出卸料量,即进出盘磨的浆量 盘磨的调节电机运行命令有快速进盘慢速进盘,快 速退盘和慢速退盘四种快速进退盘每秒运行02mm,慢 速进退盘每秒运行01mm,通过控制动盘进退盘的时间 就可以准确的控制动盘进退的距离 盘磨有两个限位开关,分别表示盘打开和盘全打开, 盘磨启动前磨盘要处于全打开的位置盘问距为8mm -白坊?rI1 阿曩嘲1自动控制ec~ogy 盘磨的两台润滑油泵和主 电机先启动,准备生产时启 动反应仓底卸料螺旋,同时 盘磨快速进盘一小段距离 15s,3mm,此时木料还没 有到达盘磨内当盘磨前面 的输送螺旋负载达到20% 时,表示木料将要进入盘 磨,此时盘磨继续快速进 盘,直到负载显示达到主电 机的空载值+10%当木料 很少的时候,主电机的负载 有可能很难达到空载值 +10%,如果长时间进盘会 使两盘完全闭合,磨盘之间 产生机械摩擦,毁坏设备, 所以在第二次快速进盘时,如果超过20s 主电机负载仍没 达到空转值,则停止进盘,手动操作进盘 每操作一次,动盘运行时间为15s,暂停3s在计算机 上可以检测盘磨当前功率和单位风干浆所消耗的电能, 操作员通过操作进退刀使其保持恒定,使纸浆质地均匀 413 盘磨的保护 盘磨的保护是磨浆的重要环节,由于电机功率大,设 备昂贵,操作不当或保护措施不到位可能会导致较大的 财产损失,甚至危及生命主要联锁保护有: 只有主电机正在运行时,磨盘才能进盘; 当盘磨主电机突然停止,磨盘快速退盘10s; 喂料螺旋突然停止,磨盘快速退盘30s;磨盘加速度大干限时,磨盘快速退盘30s; 一一 主电机负载超高限时,磨盘快速退盘30s; 一一 加速度超高限且主电机正在运行时,磨盘快速 退盘4s,暂停1s;若条件仍满足,快速退盘10s,暂停1s;若 条件仍满足,则停止喂料螺旋和主电机; 当发生紧急情况需要紧急退盘时,磨盘快速退 盘由操作员在屏幕上操作; 盘磨到达全打开位置,磨盘不再退盘 414 盘磨控制命令的输出 盘磨的控制输出是最终执行机构的具体动作的控制 者,通过控制器的输出部分给盘磨发出命l 令,执行机构做 出相应的动作盘磨的控制输出命令有4 快速和慢速,由盘磨的运行命令和盘磨保护共同决定给出什么样的输出,如图11在这里要洼意的是:1盘磨保 护优先于运行命令快速打开最优先,盘磨在任何时候都 能打开;2盘磨的运行命令之间不能发生冲突 ChinaPuIp&PaperIndustryVo128,No1OOct200769 42 化学品的控制 421 混合化学品药液的制备 每一种化学药品与实际进入浸渍器的木料量成一定 比例关系进入浸渍器的木料量根据计量卸料螺旋的频 率可以计算得出,然后计算出实际需要的化学药品,再根 据所加化学药品的密度就可以计算出实际所需化学药品 的流量化学药品输送泵均由变频器控制,根据计算得出 的化学药品流量计算机自动调节变频器的频率,使化学 药品的实际流量稳定在计算值附近 422 混合药液的添加 各种化学药品按比例在混合器里混合后落入化学品 混合槽里,由浸渍泵送入浸渍器中混合槽的液位通过控 制加入的稀释水量来控制,液位较高则增加稀释水,液位 较低则减少稀释水由卸料计量螺旋算出混合药液流量设 定值,控制药液系统阀门输出计量卸料螺旋到浸渍器需 要一定的时间,因此,混合药液流量的调节要有一定时间 的滞后,并且添加药液的浓度会有一定的波动 总结经过一个月的调试,系统运行稳定,纸浆白度在 60%ISO 以上,满足厂方要求但是在控制中仍然存在一些 小问题,例如,在计算一段盘磨产量的时候,是根据卸料螺 旋的输送频率来计算的,没有考虑螺旋功率的影响,使得 计算值与实际值有误差,进而影响盘磨间隙的控制另外, 化学品混合槽的液位通过稀释水来控制,可能会引起混合 药液浓度波动,影响纸浆的质量这些都要进一步改善口 本文指导:教授级高级工程师王丹 ThereformatiomoftheDCScontrol systeminAPMPsystem JIAJing-jing,LIUJia,SHAOMing,YAOLi—li BCELAutomationCoLtd,ChinaBCELInternational EngineeringCo,nd,Beijing100026,China Abstract:ChinaBCELInternationalEngineeringCo,Ltdperformed thedesignofthereformationofDCScontrolsystemintheAPMP systemofcertainenterprisesforitcouldnotmeettherequirementin adaptabilityandcompatibilitybecausethedeadtimeofthesystem waslongThepaperintroducesthereformationandapplicationof theDCScontrolsysteminAPMPsystemandexpoundsthefunda— mentalpointsofcontrol,keycontrolpositionandlinkagerequire— mentwiththeemphasisonthecontrolofdiskrefinerandchemicals preparationsite Keywords:DCScontrolsystem;reformation;APMPsystem 70 爿,华钗t428gglo2ooz~loH 收稿日期:20070720 转动惯量实时补偿 在复卷机纸幅 孙标张金平 1郑州航空工业管理学院河南郑州450015; 孙标,讲师,硕士学位,主要从事电力拖动 及其控制系统的教学及研究工作 摘要:给出了用于实时计算放纸辊转动惯量 的离散方程,并以西门子$7--500PLC 和ABB 的DCS500 直流驱动装置为例, 介绍了相应的软硬件结构系统可实 时计算放纸辊的转动惯量,从而对放 纸辊电机电流的控制进行在线补偿, 使整个复卷过程中张力平稳,有效地 解决了纸幅张力随着复卷的进行而逐 渐增大的问题 关键词:转动惯量;在线补偿;张力控制 中图分类号:Ts756 文献标识码B 文章编号:1007921120071000700

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